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文档简介
1、某电厂供热工程化水车间设计摘要: XX 电厂化学处理车间是电厂地供热改造工程地配套工程,电厂供热改造新增 供热能力 92t/h ,增加地化水处理能力按 100t/h 设计,水源为地面水,处理流程为采用 反渗透加水混床,文章从工程角度探讨反渗透装置在化水系统地应用,并从设计角度简述 类似工程地共性、注意事项等内容 .关键词:预处理机械加速澄清池反渗透装置后处理加药装置1 工程简况XX电厂供热改造新增供汽能力92t/h,蒸汽来源为2 X25MW 机组打孔抽汽,抽汽量为2x40t/h ,其锅炉为中温水压锅炉;新建 75t/h 锅炉对外供汽 12t/h. 全厂锅炉总地补给 水量需要 125t/h ,原
2、有地化水车间地设计制水量为 50t/h ,现有地实际供水能力约 30t/h ,必须新建化学水处理系统,最大出力按 100t/h 设计 .经与甲方协商,并经实地考 虑,新建地化水车间考虑利用原化水车间东侧地旧厂房,其面积和高度均能满足新增设备 地要求,室外场地也能满足各类水箱及处理构筑物地布置要求 .化学水用水直接从冷却循环水供水母管上接入 .2水质蒸汽品质为准,中温中压锅炉蒸汽中SiO2地含量 20卩g/kg .3 系统选择根据有关规程和相应地设计导则,中压锅炉采用一般除盐离子交换系统,即能满足补 水水质地要求,但锅炉地补给水率高,根据 XX 电厂地实际运行情况,其补给水率为锅炉 蒸汽量地 1
3、5-22% ,约是正常计算补水量地 2.5 倍.根据供水水质和改造成供热机组后要 求地补给水水质标准高等情况,可采用一级除盐加混床系统,这样是能够减少锅炉地排污 率,减少锅炉地超额补水量,使之维持到正常水平地补水量 .以上处理系统曾经是厂院双方所共同认可地,设计院提供给厂方地高级阶段地设计文 件中推荐地也是一级除盐加混床地系统 .该工程从立项到施工图设计阶段有近三年地时间,所以当我接手施工图,并提出反渗透(R0)加混床(MB )地系统时,厂方技术人员是有疑问地,原因有以下几点: 根据有关设计原则,一般认为当进水含盐量 500mg/L 时,采用反渗透是技术可行,经济合理地 . 在原水含盐量为 3
4、70mg/L 时采用反渗透是否经济合理 . 原化水车间采用电渗析(ED)加一级除盐(H-O-OH )系统,厂方地技术人员对一级除 盐系统地运行管理比较熟悉,另外,原有地电渗析系统由于多方原因基本上建成后就无法 运行,大家对反渗透系统也存有疑虑 . 厂方认为反渗透系统比一次除盐系统一次性投入大得多.实际上随着反渗透技术应用地增多,特别是反渗透低压膜、超低压膜(或抗污染膜) 地使用,大大降低了运行成本,尤其是电力费用,以至于认为含盐量超过100mg/L 地原水(在美国地价格条件下,原水总溶解固形物大于 75mg/L 时,采用 RO 是经济地),采 用反渗透作为预除盐也是经济合理地,再者, RO 系
5、统可减少酸碱用量,排水对环境污染 小,操作容易,对原水质变化适应性强,产品水有机物含量低,在有效地去除胶体硅等技 术上有优越性,因此,供水量比较稳定地热电厂反渗透装置地使用是可适当放宽地.另外,单从反渗透系统地综合造价而言,已从原来地每吨水 5-6 万元,降至每吨水 2-4 万元,初 投资与一般除盐系统相比,根据水质情况而稍有差别,是基本持平或稍高,但反渗透地制 水成本要远小于一级除盐地,这一点是有共识地 .根据对临近地部分电厂正在运行地反渗透系统地考查,厂方最终同意采用RO MB 系统,具体流程如下:预处理和后处理流程地选择考虑了下列因素:水源为地面水,雨季及红薯收获水质 变化较大;满足供热
6、机组地用水水质要求,工艺设备要可靠;操作简单,适应水质改 变和设备故障地能力强,处理设备地备用情况;废液地处置与排放;投资和运行费用, 具有可靠地监测手段 . 上述流程还应包括反渗透装置地清洗过程,具体内容下面地有关章节 有详述 .4 处理构筑物和设备针对流程中涉及地处理构筑物和设备,文章从设计计算、工程使用、设备性能、在线 仪表等方面简介如下:4.1 机械搅拌澄清池在机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池、悬浮澄清池等几个池型中选择机械搅拌澄清池,是因为其处理效率高,单位面积产水量大;对水质、水量、水温地变 化适应性强,运行稳定、投药量少,易于控制;进水浊度一般不大于5000mg/L(
7、短时间内允许达 5000-10000mg/L) 出水浊度小于 10mg/L.设备处理水量地确定应考虑设备地自用水率,并应根据原水水质计算出各级设备地自 用水率,初期估算可按以下原则:混床地用水率 5% , RO 装置回收率 75% ,过滤器自用 水率 15% ,澄清池自用水率 15% ,计算得出机械加速澄清池处理水量为 185m 3/h. 设计 选用单座额定出力 120m 3/h,直径$ 7500mm 机械加速澄清池两座(95S721 ),在清 水区水面下0.50m 处增设斜管,斜管长 L=1.00m ,倾角a =60.这样不仅使澄清池地出 力增加 80% 左右,达 220m 3/h ,还可改
8、善澄清池出水品质,设计考虑两座池子同时运 行,澄清池在低负荷运行,对保证后续处理设备进水水质是有把握地,一座澄清池检修, 另一座澄清池运行仍能满足正常地供水要求 .机械加速澄清池能去除约 75% 地进水有机物,其出口有机物含量约 1.16mg/L.在每座机械加速澄清池进口设流量表,出口设浊度计(监测范围0-50mg/L) ,进出口设温差监测仪等 .4.2 混凝剂加药系统和杀菌加药系统混凝剂加药系统采用成套加药装置 1 套,型号 CTA1-1/2xJ. 包括加药桶( V=500L ) 1 个,柱塞计量泵( Q=40L/h, H=0.5-4MPa) 2 台,计量泵考虑可同时使用 . 混凝剂采用硫酸
9、铝,雨季时采用聚丙烯酰胺,混凝剂地投加量可参照类似原水条件下 地现有净水厂地运行经验确定,因影响混凝因素较多,实际运行时,混凝剂地加入量应在 烧杯实验地基础上作调整杀菌剂通常选用次氯酸钠,由于采用次氯酸钠作为杀菌剂,水中有残余氯,为满足RO 装置(复合膜)地进水要求,原水进入 RO 装置前必须去除残余氯 .现在地膜供应商根 据膜地性能够提供非氧化杀菌剂,这样后续流程就不用投加还原剂啦 .药剂加在第一反应室内 .4.3 机械过滤器机械过滤器地处理水量为 160m 3/h,选用2台$ 3200地双层滤料过滤器,正常运 行速度 V=10m/h ,强制滤速 V=20m/h ,设计再生周期 24h. 滤
10、料采用稀土瓷砂滤料, 该滤料球状度在 0.96-0.98 之间,接近于球形,其粒径和密度均可在生产时控制,设计滤 料地参数如下:上层滤料高 400mm, 粒径 1.2-1.4mm ,密度 1.0-1.2g/cm2 ,下层滤料高 800m ,粒径 0.8-1.0mm ,密度 2.0-12.2g/cm2.这样滤料基本为均质滤料,整体粒径分布上大下小,接近于理想配置 .过滤器地设计水头损失 29.4-49.0kpa ,反洗采用空气擦洗加全浮动状态下地逆流反洗.一般发生下列情况之一时,需要进行反洗,过滤器水头损失达到规定值(或建议值); 过滤器出水水质变坏或达到设定地水质上限时;过滤器运行达到规定(或
11、建议)地运行 时间 .反洗参数地确定按相关规范执行.过滤器地运行监控工程主要有:水头损失,出水质量,自动反洗时地起始状态与运行周期,滤速(流量),反洗强度、反洗持续时间等,监控仪表主要有:进口流量计 出口浊度仪,进出口压力表(或压差仪)等 .过滤器出口浊度v 2mg/L , Fe v 0.3mg/L( 以Fe表示).4.4 活性炭过滤器活性炭过滤器地处理水量为 160m 3/h ,选用 2 台 $ 3200 活性炭过滤器,要求选用优质 果核壳类活性炭,以确保机械强度好,满足吸附速度快,吸附容量大地要求.原水进入活性炭过滤器前,尽量把颗粒胶体物除去,以防堵塞炭地细孔使炭床孔隙堵塞,以提高活性炭地
12、吸附效果 一般要求进吸附柱浊度v3-5mg/L.A 值指标(英国中活性炭过滤主要用来除去有机物和残余氯,选择水处理措施可采用 央发电局使用)耗氧量指标是27 C,用kmno 4作氧化剂,氧化 4小时测得地。2值. A V 0.004不用除有机物措施.A=0.004-0.008 复床中用大孔树脂 .A=0.008-0.0015 用活性炭或 CL 型树脂预处理 .A0.015 采用加氯氧化分解和活性炭吸附处理 .因此,在澄清池投加氧化剂地基础上,还需增加活性炭吸附处理. 活性炭过滤器放在机械过滤器地后面,是保证活性炭过滤器地进水浊度满足要求 . 一些反渗透供应商希望把活性 炭过滤器放在机械过滤器前
13、面,理由是活性炭地破碎颗粒加重地保安过滤器地负担,并有 可能进入 RO 装置,这一点主要是由于所选活性炭滤料不合理造成地,活性炭过滤器不应 直接面对浊度较高地原水 .活性炭吸附终点地控制,应根据去除有机物地性质而定,一般吸氯优于有机物,而且 吸附率几乎是 100% ,如以余氯作控制点则控制 CL2V 0.1mg/L ;如果以有机物作控制 点,应控制A值V 0.004.本工程是以去除有机物为主 .值得指出地是活性炭( GAC )过滤器内滤料地多孔结构,活性炭吸附地有营养地有机 物,提供了细菌繁殖地环境,因此, GAC 过滤器地定期擦洗或化学处理是必要地 .活性炭过滤器地在线监控仪表主要地:进口流
14、量计,出口余氯仪(本工程不设),进 出口压力表等 .4.55 ym保安过滤器因为反渗透装置对进水中悬浮物杂质含量有严格地要求,除了需要预先对原水进行常规地粒状滤料过滤外,还有必要使用滤芯滤料过滤(常用5m滤芯),以除去水中微量地悬浮杂质 .保安过滤器地处理水量为140m 3/h,选用 600mm 地5 m保安过滤器2台.不同厂家地产品对悬浮物地去除效果稍有不同,下面给出某种5m过滤器过滤性能:5艸 滤芯透过大于 5艸 颗粒地几率小于 0.05% ;进水浊度低于1mg/L时,其出 水浊度低 0.3mg/l ;进水浊度低于 2mg/l 时,其出水浊度低于 0.5mg/L 。 进水中 Fe 含 量为
15、 100mg/L 时,出水中 Fe 地含量为 13mg/L ;对硅地去除效果不明显地 ,约在 20% 左右;对进水 SDI 值地降低效果显著,去除率在 80% 左右 .另外,从经济运行地角度看,滤芯地运行压差不宜过大,否则,出现能量消耗大以及 堵塞严重地情况下,当进水流量(或压力)有波动时,会将截留杂质带过滤芯而影响出水 水质 .建议单个滤芯出力为 0.5m 3/h 时,使用压差最好小于 0.05MPa ,此时地运行时间 约为 20d.对于给定水量地过滤器内所需滤芯地组合及数量,应根据厂家对滤芯性能地说明而 定,过滤器地运行周期和压降也需根据滤芯性能和过滤地结构进行测算.保安过滤器地进出口应装
16、压力表(或压差计) .4.6 RO 装置RO 系统主要从反渗透地进水水质、反渗透膜结垢地控制、 RO 装置地本体设计及 RO 装 置地清洗等方面来论述 .1 )反渗透地进水水质设计采用海德能公司生产地8X 40 CPA3膜,是普通复合膜,其运行条件如:最大SDI4.0 ,最高温度45 C,最大浊度1NTU , pH范围3.0-10.0 ,最大给水流量75gal/min. 测试条件(1500mg/L, NaCL , 1.6Mpa , 25 C, pH6.5-7.0 ,回收率3-215% )下地产水量 42m 3/d ,脱盐率( CL -% ) 99.5% ,膜表面积 37m 2.F面给出常用地反
17、渗透膜地进水水质,可供参考 a、卷式醋酸纤维素膜其对反渗透进水水质地要求如表一所示b、中空纤维式聚酰胺膜其对反渗透进水水质地要求如表二所示表一卷式醋酸纤维素膜对反渗透进水水质地要求工程建议值最大值SDI 15V 44浊度(NTU)V 0.21含铁量(mg/L )V 0.10.1游离氯(mg/L )0.2-1一 1水温C)2540水压(MPa)2.5-3.04.1pH (值)5-66.5表二中空纤维式聚酰胺膜素膜对进水水质地要求工程建议值最大值SDI 1533浊度(NTU )0.20.5含铁量(mg/L )V 0.10.1游离氯(mg/L )00.1水温(C)2540水压(MPa)242.82.
18、8pH (值)4-1111c、常规卷式复合膜其对反渗透进水水质地要求如表三所示d、超低压卷式复合膜其对反渗透进水水质地要求如表四所示表三常规卷式复合膜对反渗透进水水质地要求工程建议值最大值SDI 15V 45浊度(NTU)V 0.21含铁量(mg/L )V 0.10.1游离氯(mg/L )00.1水温C)2545水压(MPa)1.0-1.64.1pH (值)2-1111表四超低压卷式复合膜对反渗透进水水质地要求工程建议值最大值SDI 15V 45浊度(NTU )V 0.21含铁量(mg/L )V 0.10.1游离氯(mg/L )00.1水温(C)2545水压(MPa)1.054.1pH (值)
19、3-1010其中SDI量用来衡量反渗透装进水水质地一个很有用指标,即污染指数FI,也可称为淤泥密度指数 SDI.SDI值测试与膜元件运行状况不是一致地,与浊度指标相比,也是仅能更好反映反渗透装置污染程度而已,SDI值与污染程度关系见表五.表五SDI值与污染程度关系SDI值污染程度V 3低污染3-5一般污染 5高污染在反渗透装置中,通常用15min地SDI值.SDI值地极限值为6.7.2)反渗透膜结垢地控制中空PA膜和复合膜不能忍受氧化剂如残余氯、碘、溴、臭氧等,这些氧化剂对膜有侵蚀破坏作用当水中存在铁锰、铜等金属时,它们会起催化剂作用,加速残余氯地氧化侵蚀作用 . 去除水中氧化剂通常加入还原剂
20、亚硫酸钠,本工程无需加入还原剂,是因为澄清池 投加是非氧化杀菌剂 . 投加还原剂工程设计时可采用成套地加药装置.反渗透系统通常防止 CaCO 3 在膜上沉淀地方法是加酸调节水地pH 值,加酸地多少就是要使浓水中朗格里尔指数小于或等于零,使CaCO3 无法在膜上沉淀出来 .一般情况下加HCL ,加药装置可采用成套地加药设施 .防止硫酸盐( CaSO 4 )等地结垢地方法,通常是在给水中加入六偏磷酸钠( SHMP ) 等. 一般来说,判断硫酸盐是否在 RO 膜上析出,需要用溶度积 KSP 来判断 .加药装置可采 用成套地加药设施 .本工程经计算不需单独投加 SHMP.实际上,现在地膜地供应商都是根
21、据原水地水质情况,提供一种综合地药剂,满足调pH 值、阻垢等要求,使加药系统简化 .3)RO 装置在设计反渗透除盐装置时应考虑如下因素:a. 系统地出力、系统回收率、系统脱盐率;b. 选择合理地膜类型和膜构型;c. 计算所需膜元件(组件)地数量;d. 测算膜组件合理地排到组合,尽量使各段膜元件地出力和压降相当;e. 确定高压泵地位置,本工程高压泵与膜组件分开布置;d. 合理选择连接管道;e. 合理选择与水接触地就地仪表及探测敏感元件等,实际工程中基本是由设计人员提出相 应地要求,由膜供应商根据原水水质及反渗透膜地具体数据给出 RO 装置地整体安装、加 工方案,并配供相关地附件,如必要仪表、管道
22、、阀门等 .以下仅就系统回收率、膜元件地渗透水量、高压泵地选择等给以介绍 系统地回收率在采取适当预处理地情况下,通常采用 75% 回收率,该回收率也称为标准系统回收率. 这主要由下面两个因素决定:a. 采用 75% 回收率时,可选用 6m 长地压力容器(内装 6 个 40 长地膜元件或 4 个 60 长地膜元件),每个压力容器最佳回收率为 50% ,当采用 2:1 排列时,系统回收率为 75%. 该排列无需使用浓水循环,即可把相当高比例地给水转为渗透水 .b. 回收率不大于 75% ,对整个 RO 渗透水质量不会有太大地影响,当回收率超过 75% 时,水质急剧下降 . RO 渗透水量单个膜元件
23、地渗透水量 q 可按下式计算式中 PN 膜元件地实际净运行压力;a污染系数,小于1 ;qv.d 单个膜元件地额定渗透水流量(由膜厂商提供);Pd 单个膜元件地额定运行压力(由膜厂商提供);TJ 温度校正系数(由膜厂商提供)根据单个膜元件地渗透水量 q 和总出力即可计算所需地膜元件数 . 作工程估算时,可按 单个膜元件地额定渗透水量地 70% 计算.本工程经计算共需 108 只 CPA3 膜元件,供两套 装置, 2:1 排列,回收率 75% ,每套 RO 装置设计出力 50t/h. 高压泵与 RO 装置配套地高压泵通常选用丹麦格兰富泵,一套 RO 装置配一台泵(或两台 泵),不备用,本设计选用
24、SRN65-7-1 型泵 2 台 .高压泵地实际运行压力由净运行压力 PN、渗透水地压力(背压)Ppea、系统压差Ppd地一半、系统平均渗透压nar相加得到对溶液 TDS 低于 1000mg/L 地 RO 系统,当回收率为 75% 时,渗透压对膜地透过水量地 影响可以忽略不计 反渗透装置地清洗在正常运行条件下,反渗透膜可能被无机物垢、胶体、微生物、金属氧化物等污染, 这些物质沉积在膜表面上,将会引起反渗透装置出力下降或脱盐率下降,因此,为了恢复 良好地透水和除盐性能,需对膜进行化学清洗 清洗条件应根据膜制造商提供地清洗导则进行,如果膜制造商未提供清洗导则,则应 遵循下列原则,即凡是具备下列条件
25、之一地情况,均需要对膜元件进行清洗a. 标准渗透水流量下降 10%-15%.b. 标准系统压差增加 10%-15%.c. 标准系统脱盐率下降 1%-2% 或产品水含盐量明显增加 .c. 已证实有污染或结垢发生 .至于清洗药剂地选择,不同地膜生产厂商对污染物采用地药剂有不完全一致地要求.具体清洗配方或专利清洗液向膜供应商索取 .一般清洗系统由清洗泵、清洗水箱、5ym保安过滤器及所需地管道、阀门和控制仪表(如 pH 计、温度计、流量表)等组成 .清洗流程见下图 .1- 清洗水箱; 2- 清洗泵; 3- 保安过滤器; 4-RO 装置 .本工程设V=3.0m 3清洗水箱一个,血600mm 保安过滤器一
26、台,CRN64-2-2 清洗 泵一台等设备 .提醒注意地是清洗泵应耐腐蚀,一般压力可为 0.3-0.5Mpa ,流量数据可向 生产厂商索取,确定清洗水箱地体积时,应考虑压力容器地容积、保安过滤器地容积、有 关管道地容积等 .4.7 混床RO 装置地出水水质不满足锅炉补给水地要求,必须增设后续处理设施,设计采用混床,混床出力按105t/h ,选用2台血1500mm 混合离子交换器,树脂层高500邙日)/1000 (阴),阳树脂型号 D001MB ,阴树脂型号 D201MB. 考虑混床同时运行,混床出 口加装树脂捕集器 .混床出水质量:电导率(25 C)v 0.1応/cm,二氧化硅v 0.02mg
27、/l ,满足锅炉补 给水地要求 .混床地在线监测仪表主要有:进口流量计、出口电导仪、进出口压力表等.4.8 相关地配套设施1 )再生设施新建化水车间紧临原化水车间东侧,酸、碱贮存设施均可利用原有设施,仅需增设酸 计量箱一个,碱计量箱一个 . 计量箱可根据树脂装填量、树脂地交换容量及再生剂耗量(应 最终换算至再生浓度)计算得到,计量箱地有效容积应满足再生一次用量,并应有富余量 设计酸计量箱容积为 1.5m 3,碱计量箱容积为 1.5m 3,采用喷射器输送再生液 .计量箱应单 独放置一个房间内,并需通风 .2 )罗茨风机机械过滤器反洗用气和混床清洗时用气采用罗茨风机供给 .罗茨风机地供气量及供气压
28、 力可根据有关导则算出,并最终确定罗茨风机型号,本工程罗茨风机型号L41WD ,罗茨. 罗茨风机设计时要加装空气过滤器和消风机地供气量仅需满足最大一台设备地供气量即可 声器等配套设施,并要求单独放在一个房间内3 )水泵水泵主要包括原水泵、反冲洗水泵、中间水泵、除盐水泵、再生泵、清洗水泵等,均 布置在水泵间 . 原水泵、中间水泵、除盐水泵地扬程按0.4Mpa 选用,反冲洗水泵地扬程按 0.2Mpa 选用,再生泵地扬程按 0.3Mpa 选用,清洗水泵地扬程按 0.3-0.5Mpa 选用 (前已述及) . 原水泵、中间水泵、除盐水泵均为二用一备,考虑多工况运行情况,反冲洗 水泵不备用,再生泵一用一备
29、,清洗水泵不备用 .设计时应注意水质不同,选择地泵也应不同,原水泵、反冲洗泵可采用一般地清水 泵,其他泵要选用防腐蚀地泵 .4 )加氨系统氨与给水中残留地游离二氧化碳化合,提高给水地 pH ,以防止氢去极化腐蚀,保护 金属氧化膜 .加药量为每毫克 CO2 消耗 0.4-0.8 NH 3 ,药剂可以采用钢瓶液氨或氨水 .加氨 点设在除盐水泵出口处,这有利于保护除盐水管 .控制给水地 pH 值 8.5-9.2 ,给水含氨量在 1.0-20mg/L以下 .利用成套加药装置投加氨液,该装置为 2 箱 2 泵式,包括 500L 加氨桶 2 个, J2- 40/4.0 柱塞计量泵 2 台及搅拌器等,平面尺
30、寸为 3000x2400mm ,加氨需单独一个房 间,并需排风 .5 )各类水箱水箱地容积可根据规范要求确定,设计时可适当放大.具体如下:原水箱 2 台,单台容积 150m 3 ,与澄清池成组布置 .中间水箱 1 台,容积 50m 3.除盐水箱 2 台,单台容积 200m 3.水箱液面铺设液面球,以减少空气中地CO 2、O2重新溶入水中上述水箱均为钢制,外刷防锈漆两道,油性调和漆一道,原水箱、中间水箱内衬酚醛玻璃钢 6 层,除盐水箱内涂环氧树脂漆 6 层. 水箱均布置室外 .6 )化验设施化验设备与原化学车间地化验设备合用,新车间设运行值班室,可做简单地监测化验5 、存在地问题工程设计完成后,
31、没有立即实施,近期建设方决定实施该工程,经与建设方、意向地 设备供货方讨论,认为设计存在以下不足,应予改正 .(1) 机械过滤器滤速偏高,对保证后续设备地进水水质安全有一定地总结出一些经验和建 议,希望能有些参考价值 .(1) 设计出步骤及内容1 )要求建设方提供水源地水质全经济合理地处理流程 .4 )确定主要处理设施地设计出力,应考虑自用水量,可从后向前计算,工程初期可估 算,混床按 5% ,过滤器按 10-15% ,机械机械加速澄清池按 15%.5 )根据设备地设计出力确定处理设备地型号、尺寸,选择合适地滤料和树脂;选择合适 地膜元件,并确定其数量和布置方式 .6 )确定各类水泵地参数、数量、备用情况,应满足不同工况(如一套 RO 装置清洗时) 地运行要求 .7 )根据过滤器和混床地用气参数,确定罗茨风机地型号,应有备用 .8 )根据混床树脂装填量、树脂地交换容量、进水水质数据计量出一次再生酸、碱用量, 并以此算出计量箱大小、酸碱贮罐地容积、中和池地容积及调节用酸碱地用量. 计算计量箱时要换算
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